一种固定化微生物颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及污水处理技术领域，公开了一种固定化微生物颗粒及其制备方法与应用，本发明专利技术的固定化微生物颗粒制备方法包括以下步骤：首先将生物碳依次浸泡于碱性溶液和金属盐溶液中进行改性处理，得到改性生物碳，然后将所述改性生物碳与细菌菌液混合处理，获得固定化的细菌小球；在加热条件下将聚乙烯醇溶液和海藻酸钠溶液混合，得到混合溶液，经冷却后再加入所述固定化的细菌小球，得到混合物，最后将所述混合物滴入含CaCl2的硼酸溶液中，经交联后即得。本发明专利技术采用了先吸附后交联耦合的固定化方式，有效提高了微生物负载量和结合稳定性，对促进微生物在污水处理中的应用具有重要意义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种固定化微生物颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及污水处理
，尤其是涉及一种固定化微生物颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]光合细菌(Photosynthetic Bacteria，以下简称PSB)是以光为能源、以CO2或有机物为碳源、以硫化氢等为供氢体进行自养或异养的一类原核微生物的总称，广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊和江海等处，具有固氮、产氢、固碳和脱硫等多种生理生化功能，在自然界的物质循环中起着非常重要的作用。由于这种优异的固氮能力，自上世纪70年代光合细菌就被广泛用于城市污水、啤酒厂废水、柠檬酸废水、糖厂废水等处理，相关研究表明光合细菌在去除环境污染物具有较高的效率，其中化学需氧量(COD)和总氮(TN)去除率分别可以达到90％和60％，此外，由于光合细菌本身无毒且富含单细胞蛋白(SCP)，因此也可以作为鸡、牛和鱼饲料的补充，或作为细菌肥料。然而在应用初期，通常是直接采用加菌液的方式进行除氮处理，这种方式通常难以保证细胞活性并达到理想的除氮效果。
[0003]相关技术中，微生物固定逐渐被人们所关注，微生物固定的方法有很多，比如化学法、吸附法、包埋法和层层自组装法及静电纺丝法。其中化学方法是利用微生物之间或微生物与载体间通过化学键相连，其优点结合力强，微生物高度密集且不易从载体上脱附；不过该方法使用的化学试剂对微生物有毒害作用，导致微生物活性降低且成本高。吸附法是通过微生物与载体间通过范德华力、离子键等弱相互作用相连，操作也简单，对微生物无毒害作用，载体可以再生，但是其结合力较弱，微生物很容易从载体脱离出来，不利于在流动水体中使用。层层自组装法，通过静电作用力将特定材料一层层交替沉积在微生物上，但是该方法稳定性差，制作周期长，在生物脱氮中应用较少。静电纺丝法微生物与聚合物溶液的混合液在高压静电场下形成纳米纤维，其特点是操作简单，但是制成的纳米纤维比纳米纤维强度较低，产量低。而包埋法是通过微生物被截留在水不溶性的凝胶聚合物中，达到固定化微生物的目的，如申请号为201410717114.8的专利中就有提到采用包埋法制备固定化微生物颗粒，具体为先制备好载体颗粒，再通过包埋层混合细菌培养，最终制得细菌载体颗粒，该方法虽然一定程度上能够有效提高细菌负载量和抗冲击性能，但是实际在应用过程中，这种包埋方法获得的细菌载体颗粒的活性较低，且无法充分利用颗粒载体内部空间。
[0004]因此，仍需寻求一种固定化微生物颗粒及其制备方法与应用，采用该方法制得的固定化微生物颗粒相对于常规固定化颗粒细菌负载量更高、除氮效果更优。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出了一种固定化微生物颗粒及其制备方法与应用，其能够有效提高微生物的负载量，且制备方法简便、成本低，制备过程无毒性污染物产生，对环境、工作人员安全。
[0006]本专利技术的第一方面，提供了一种固定化微生物颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、将生物碳依次浸泡于碱性溶液和金属盐溶液中进行改性处理，得到改性生物碳；
[0008]步骤S2、将所述改性生物碳与细菌菌液混合处理，获得固定化的细菌小球；
[0009]步骤S3、在加热条件下将聚乙烯醇溶液和海藻酸钠溶液混合，得到混合溶液，冷却后再加入所述固定化的细菌小球，得到混合物，然后将所述混合物滴入含CaCl2的硼酸溶液中，经交联后，即得固定化微生物颗粒。
[0010]根据本专利技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：
[0011](1)本专利技术中采用碱性溶液对生物碳进行预改性，一方面其能够减少总酸性含氧官能团数量，提高微生物存活率，这主要是由于酸性官能团有一定的抗菌作用，溶液中酸释放会导致细菌活力下降，因此减少酸性含氧官能团数量能够提高微生物(如非嗜酸光合细菌)的存活率；另一方面能够增加碱性含氧官能团数量，进而增大微生物的吸附作用。
[0012](2)在生物碳表面负载金属离子(如镁离子)可以活化生物碳的孔结构及其表面官能团，提高改性生物碳的吸附能力，此外，金属离子可以通过离子交换或络合反应被吸附，与羟基等官能团形成金属衍生物沉积在生物碳表面，在生物碳表面形成表面粗糙的固体膜，更有助于细菌吸附。
[0013](3)采用碱性溶液预改性后的生物碳再经金属离子改性不仅能够很大程度的保留对微生物吸附能力，还能够增加生物碳表面粗糙度，增大生物碳在水中拦截微生物的能力，提高微生物的负载量。
[0014](4)在专利技术中采用了先吸附后交联耦合的固定化方式，其有助于提高固定化的稳定性，给细菌提供稳定环境，增强细菌与载体之间的作用力，此外，还能够充分利用颗粒内部空间，提高固定化颗粒的微生物负载量。
[0015](5)本专利技术固定化微生物颗粒的制备方法简单、成本低，且条件温和，有助于在提升细菌负载量的同时维持细胞活性。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述生物碳的平均粒度为0.15mm～0.5mm；具体的，所述生物碳的平均粒度可以为0.15mm。径粒越小，颗粒表面的粗糙程度越大，孔隙越多，微生物对颗粒的负载能力增强
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述孔隙率范围是50％
‑
70％。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述生物碳每克的总表面积为500～1000m2。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸氢钠溶液、氨水溶液、氢氧化钙溶液中的至少一种。
[0020]具体的，所述碱性溶液可以为NaOH溶液。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述碱性溶液的浓度为0.8～1.5mol/L，其浓度过高可能会导致加快生物炭的热解和降低其比表面积，过低可能会导致改性效果不佳。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属盐溶液选自氯化镁溶液、氯化锌、氯化铝溶液中的至少一种；
[0023]具体的，所述金属盐溶液可以为氯化镁溶液。
[0024]镁离子的交换能力强，且氯化镁的性质稳定，同时氯化镁的脱色效果有利于促进生物炭表面的杂质去除，提高生物炭的纯度。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属盐溶液的浓度为0.4～0.6mol/L。
[0026]在本专利技术中，金属盐浓度过高会导致表面形态和微结构产生不良影响，饱和生物炭吸附位点，降低稳定性，而过低可能导致改性效果不明显。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，所述细菌菌液的浓度为0.5
×
109～1.2
×
109CFU/mL。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述细菌为非嗜酸菌。由于本专利技术的改性生物碳中增加碱性含氧官能团数量，而相应的酸性含氧官能团数量减少，因此，对于嗜酸菌的适用性会低于非嗜酸菌。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，所述细菌为光合细菌。
[0030]具体的，所述光合细菌包括枯草芽胞杆菌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将生物碳依次浸泡于碱性溶液和金属盐溶液中进行改性处理，得到改性生物碳；步骤S2、将所述改性生物碳与细菌菌液混合处理，获得固定化的细菌小球；步骤S3、在加热条件下将聚乙烯醇溶液和海藻酸钠溶液混合，得到混合溶液，冷却后再加入所述固定化的细菌小球，得到混合物，然后将所述混合物滴入含CaCl2的硼酸溶液中，经交联后，即得固定化微生物颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸氢钠溶液、氨水溶液、氢氧化钙溶液中的至少一种；优选地，所述碱性溶液的浓度为0.8～1.5mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液选自氯化镁溶液、氯化锌、氯化铝溶液中的至少一种；优选地，所述金属盐溶液的浓度为0.4～0.6mol/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述细菌菌液的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓亮，何震寰，郑育桃，王文娟，周新杰，赵攀，陈睿，张继红，孙婕妤，张辉，张海燕，李瀚成，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：